матовий вигляд і тонковолокнисту структуру. Іноді у цій зоні спостерігається слід магістральної макротріщини.
Третя фаза – зона остаточного зламу від втомленості. Зона зламу 3 (див. рис. 3) має крупнокристалічну структуру, навіть для пластичних металів, бо остаточне руйнування є крихким.
2.Типи циклів напружень та їх характеристики
Убільшості випадків інженерної практики змінні напруження, що діють у елементах конструкцій, є періодичними функціями часу σ = f (t) з
періодом T .
Сукупність усіх значень напружень за час одного періоду називають циклом напружень (рис. 4).
Рисунок 4 – Цикл напружень
Експериментально встановлено, що на опір втоми не впливає закон, за яким змінюються напруження у часі, а втомленість матеріалу залежить від максимальних σmax та мінімальних σmin напружень циклу.
Якщо зміна напружень відбувається несиметрично відносно осі часу t (див. рис. 4), то такий цикл називають асиметричним.
За допомогою введення середніх (або постійних) напружень σm , та амплітудних (або змінних) напружень σa довільний асиметричний цикл
9
можна звести до симетричного коливання |
амплітудної |
складової σa |
|||
відносно середнього σm напруження циклу. |
|
|
|||
Тож, середнє напруження циклу σm |
є алгебраїчна напівсума |
||||
найбільшого σmax |
та найменшого σmin напруження циклу. |
|
|||
|
σm = σmax |
+σmin . |
|
|
(3) |
|
|
2 |
|
|
|
Амплітудне |
напруження |
циклу |
σa є |
алгебраїчна |
напіврізниця |
найбільшого σmax та найменшого σmin |
напруження циклу. |
|
|||
|
σa = σmax |
−σmin . |
|
|
(4) |
|
|
2 |
|
|
|
Слід зазначити, що середнє напруження циклу σm може бути як позитивним σm > 0, так і негативним σm < 0. Амплітудне напруження σa є
строго позитивною величиною. Подвійне значення амплітуди коливань напруження називають розмахом циклу.
З формул (3) та (4) , а також з даних на рис.4 випливає, що
σmax =σm +σa ; |
σmin =σm −σa . |
(5) |
Відношення мінімального напруження циклу до максимального ( з урахуванням знаків цих напружень) називається коефіцієнтом асиметрії циклу R .
R = σmin . |
(6) |
σmax
Усі цикли змінних напружень можна умовно розподілити на 2 класи. Знакопостійні цикли – це цикли з найбільшим σmax та найменшим σmin напруженнями однакових знаків ( рис. 5 а,б).
10
σmax > 0; σmin > 0;
σm > 0;
0 ≤ R ≤1.
a
σmax < 0; σmin < 0;
σm < 0;
−∞ ≤ R ≤ ∞.
б
Рисунок 5 – Знакопостійні цикли
Знакозмінні цикли – ті, у яких найбільші і найменші напруження мають різні знаки (рис. 6 а,б).
σmax > 0; σmin < 0;
σm > 0;
σmax > σmin ;
−1 ≤ R ≤ 0.
a
σmax > 0; σmin < 0;
σm < 0;
σmin >σmax ;
−∞ ≤ R ≤ −1.
б
Рисунок 6 – Знакозмінні цикли
11
Таким чином, коефіцієнт асиметрії циклу R може набувати будьяких значень у діапазоні
−∞ ≤ R ≤ +∞.
Цикли, що мають однакові коефіцієнти R , називають подібними.
У практичних розрахунках на опір втомленості особливе значення мають три типові цикли:
симетричний цикл (рис. 7), у якому
σmax = σmin =σa ;
σm = 0;
R = −1.
Рисунок 7 – Симетричний цикл
Такий цикл зміни напружень виникає при навантаженні вагонних осей, обертових валів редукторів тощо.
пульсаційний (віднульовий) цикл (рис.8):
σm =σa = σmax2 ;
σmin = 0;
R = 0 .
Рисунок 8 – Пульсаційний цикл
Пульсаційні цикли мають місце в елементах зубчатого зчеплення, у трубопроводах та гідросистемах.
«статичний цикл» (рис. 9), або статичне навантаження (напруження не змінюються у часі):
12